陳曉月 李建忠 江青春 黃士鵬 魯衛(wèi)華 蘇 旺 伍 亞

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 2.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦

0 引言

中二疊統(tǒng)是四川盆地內(nèi)早期勘探的主力含氣層系之一，據(jù)中國石油第四次油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，其天然氣資源量達(dá)1.47×1012m3，但勘探領(lǐng)域主要集中在四川盆地南部（以下簡稱蜀南地區(qū)），勘探主力層系中二疊統(tǒng)茅口組提交的天然氣探明儲(chǔ)量也僅851.68×108m3，資源量探明率不足7%，剩余資源量豐富，勘探潛力巨大[1-2]。然而，學(xué)者們對(duì)于蜀南地區(qū)茅口組巖溶儲(chǔ)層的研究多聚焦于沉積相、儲(chǔ)層特征與主控因素、成藏模式及氣源對(duì)比等方面[3-12]，而對(duì)于巖溶儲(chǔ)層預(yù)測方面的研究，限于地震資料的品質(zhì)，2000年以前基本未開展研究，主要依據(jù)勘探經(jīng)驗(yàn)開展剖面特征分析，認(rèn)為裂縫是蜀南地區(qū)巖溶儲(chǔ)層的重要控制因素[6]。以“裂縫型”儲(chǔ)層為主要勘探對(duì)象，根據(jù)勘探總結(jié)的地震經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ絿@斷層和構(gòu)造高部位進(jìn)行井位部署，從20世紀(jì)60年代開始到20世紀(jì)90年代末期從“一占三沿”到“三占三沿”的布井原則持續(xù)進(jìn)行井位部署[13-14]。目前，斷裂發(fā)育帶和構(gòu)造高部位疊合區(qū)域勘探程度已經(jīng)很高。2000年以后，陸續(xù)有學(xué)者利用新采集的三維地震資料對(duì)茅口組儲(chǔ)層進(jìn)行了分布規(guī)律與預(yù)測研究[15-16]，但依然以斷裂和裂縫刻畫為主要目標(biāo)，并未重視巖溶作用及巖溶儲(chǔ)層預(yù)測工作。區(qū)域背景調(diào)研及鉆井放空漏失均揭示，巖溶作用在蜀南地區(qū)具有區(qū)域性[17-27]。因此，應(yīng)該重視巖溶作用在天然氣儲(chǔ)集中的意義，而不應(yīng)過度強(qiáng)調(diào)現(xiàn)今構(gòu)造及裂縫的作用[15-16]。

為此，在“跳出構(gòu)造高部位與斷裂疊合區(qū)尋找?guī)r溶儲(chǔ)層”的研究思路指導(dǎo)下[8]，結(jié)合筆者所在研究團(tuán)隊(duì)開展的測井儲(chǔ)層分類、主控因素與分布規(guī)律研究成果[27]，利用川南低陡構(gòu)造帶斜坡區(qū)的荷包場三維地震資料，分析高產(chǎn)井巖溶儲(chǔ)層的地球物理響應(yīng)特征，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用模型正演進(jìn)行驗(yàn)證，基于模型正演與地震響應(yīng)特征分析，優(yōu)選振幅等屬性參數(shù)進(jìn)行綜合分析，預(yù)測研究區(qū)巖溶儲(chǔ)集層有利發(fā)育區(qū)帶，最后結(jié)合烴類檢測結(jié)果，綜合優(yōu)選有利區(qū)，以期為該區(qū)的天然氣勘探提供有利的鉆探目標(biāo)。

1 地質(zhì)背景

四川盆地茅口組以開闊海碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積為主[28]，沉積一套生物碎屑灰?guī)r，自下而上可分為茅一段、茅二段、茅三段和茅四段等4段，底界與中二疊統(tǒng)棲霞組整合接觸。茅口末期的東吳運(yùn)動(dòng)發(fā)生構(gòu)造抬升，使茅口組較長時(shí)間暴露地表，遭受了不同程度的剝蝕，形成了區(qū)域不整合面，為巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育創(chuàng)造了條件[29]。荷包場地區(qū)位于川南低陡構(gòu)造帶與川中低緩構(gòu)造帶的過渡帶，北臨大足—安岳向斜，東南為螺觀山構(gòu)造，西為界市場構(gòu)造，面積約1 200 km2，區(qū)內(nèi)三維地震資料覆蓋面積為 926 km2。構(gòu)造特征分析揭示該區(qū)為一個(gè)由西南向東北方向下傾的緩褶單斜（圖1），地表無斷層，地腹由淺至深斷層逐漸發(fā)育，為傾軸逆斷層，主要為北東方向延伸。該區(qū)勘探工作始于1958年，截至2017年，區(qū)內(nèi)鉆至茅口組的井有44口，鉆井過程中顯示活躍，放空、井漏、后效氣侵頻繁發(fā)生，共有24口井獲工業(yè)氣流。早期鉆探認(rèn)為儲(chǔ)層受斷裂分布控制，井位主要部署于貫穿全區(qū)的兩條斷層附近，斷層之外的斜坡區(qū)勘探程度極低，近期沉積及儲(chǔ)層研究發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層相控特征明顯，為顆粒灘巖溶儲(chǔ)層，但儲(chǔ)層的平面分布特征不清，需要利用區(qū)內(nèi)三維地震資料進(jìn)行精細(xì)預(yù)測。

圖1 荷包場地區(qū)位置及茅口組頂部構(gòu)造圖

2 巖溶儲(chǔ)層分布規(guī)律與響應(yīng)特征

2.1 儲(chǔ)層縱向分布規(guī)律

筆者所在研究團(tuán)隊(duì)基于測井解釋成果的儲(chǔ)層分類研究，提出該區(qū)以裂縫—孔洞型和孔隙—孔洞型兩類巖溶儲(chǔ)層為主[27]。儲(chǔ)層主要分布于茅三段和茅二段。通過對(duì)該區(qū)內(nèi)典型井的兩類儲(chǔ)層在縱向分布的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)兩類儲(chǔ)層整體上具有明顯的垂向分層特點(diǎn)，縱向上集中發(fā)育在兩個(gè)深度段。第一深度段主要發(fā)育在距離茅口組頂界0～50 m范圍內(nèi)，儲(chǔ)層發(fā)育相對(duì)集中，層多、厚度小，單層厚度小于15 m，多數(shù)為5～6 m，以孔隙—孔洞型儲(chǔ)層為主；第二深度段主要發(fā)育在距離茅口組頂界50～100 m范圍內(nèi)，個(gè)別井的儲(chǔ)層距離茅口組頂界的距離達(dá)到130 m，該段儲(chǔ)層欠發(fā)育（部分井無儲(chǔ)層），層少且較分散，單層厚度小于10 m，以裂縫—孔洞型儲(chǔ)層為主（圖2）。

圖2 荷包場地區(qū)茅口組兩類巖溶儲(chǔ)層距垂向分布示意圖

對(duì)荷包場地區(qū)20口的單井累計(jì)產(chǎn)氣量與其對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層距茅口組頂界距離的統(tǒng)計(jì)（圖3）分析發(fā)現(xiàn)，2口井的儲(chǔ)層發(fā)育段位于距茅口組頂界50 m以下，其余18口井的儲(chǔ)層發(fā)育段位于距茅口組頂界50 m以內(nèi)。其中單井累計(jì)產(chǎn)氣量大于0.5×108m3的井有6口，這6口井的儲(chǔ)層發(fā)育段均位于距茅口組頂界50 m以內(nèi)，其中b33、b41、b39等3口井累計(jì)產(chǎn)氣量大于1.5×108m3，其儲(chǔ)層發(fā)育段均位于距茅口組頂界10 m內(nèi)。而儲(chǔ)層發(fā)育距茅口組頂界距離大于50 m的2口井累計(jì)產(chǎn)氣量均小于0.5×108m3。因此，儲(chǔ)層分析及預(yù)測均聚焦于茅口組上部優(yōu)質(zhì)巖溶儲(chǔ)層發(fā)育段，即距離茅口組頂界0～50 m范圍。

圖3 荷包場地區(qū)茅口組單井累計(jì)產(chǎn)氣量與巖溶儲(chǔ)層發(fā)育位置關(guān)系圖

2.2 巖溶儲(chǔ)層地球物理響應(yīng)特征

為了明確巖溶儲(chǔ)層的地球物理響應(yīng)，特別是優(yōu)質(zhì)的上部儲(chǔ)層段的地球物理響應(yīng)，首先利用hs1等多口井的測井資料開展合成地震記錄的精細(xì)標(biāo)定，完成茅口組頂界面、茅口組底界面在地震剖面上的標(biāo)定與識(shí)別，為儲(chǔ)層的精細(xì)標(biāo)定奠定基礎(chǔ)。茅口組頂界面表現(xiàn)為明顯的強(qiáng)波峰特征，命名為P3l底，是由上覆上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M深灰色泥頁巖、巖屑砂巖夾煤層與下伏茅口組生物碎屑灰?guī)r形成的強(qiáng)波阻抗差形成的，在其分界處形成了一個(gè)連續(xù)強(qiáng)反射界面，為標(biāo)志層。茅口組底界面中強(qiáng)波谷，主要為茅口組一段泥晶灰?guī)r與中二疊統(tǒng)棲霞組亮晶生屑灰?guī)r形成的中強(qiáng)波阻抗差的反映，界面為P2m底，中強(qiáng)連續(xù)。在此基礎(chǔ)上開展全區(qū)茅口組頂?shù)椎木?xì)解釋，然后再對(duì)典型產(chǎn)氣井的儲(chǔ)層發(fā)育部位進(jìn)行了精細(xì)標(biāo)定，以分析其響應(yīng)特征。

以b19、b29和b39等產(chǎn)氣井為例進(jìn)行儲(chǔ)層響應(yīng)特征的分析。b19井儲(chǔ)層段（井段2 954.90～2 963.10 m）頂距茅口組頂界2.0 m，儲(chǔ)層厚度為8.2 m，該井井段 2 953.55 ～ 3 105.00 m 測試日產(chǎn)氣量為0.23×104m3，截至2019年4月，累計(jì)產(chǎn)氣量為 53.66×104m3；b39井儲(chǔ)層段（井段 3 544.00～3 548.30 m）頂距茅口組頂界11.0 m，儲(chǔ)層厚度為4.3 m，該井井段 3 530.54 ～ 3 575.00 m 測試日產(chǎn)氣量為 28.80×104m3，截至 2019年 4月，累計(jì)產(chǎn)氣量為 1.72×108m3；b29井儲(chǔ)層段（井段 3 363.90～3 366.10 m）距茅口組頂界70.9 m，儲(chǔ)層厚度為2.1 m，該井井段 3 315.00 ～ 3 411.00 m 測試日產(chǎn)氣量為3.85×104m3，截至2019年4月，累計(jì)產(chǎn)氣量為36.1×104m3。通過這3口典型井儲(chǔ)層發(fā)育段標(biāo)定發(fā)現(xiàn)，當(dāng)茅口組頂部有儲(chǔ)層發(fā)育時(shí)，在地震剖面上表現(xiàn)出茅口組頂部的強(qiáng)波峰及其下部的波谷振幅減弱的響應(yīng)特征（圖4-a、b）；隨著儲(chǔ)層發(fā)育位置距茅口組頂界距離逐漸增大，儲(chǔ)層發(fā)育部位在地震剖面上表現(xiàn)出條帶狀或眼球狀中—強(qiáng)波谷反射（圖4-c）。除這3口井外其他產(chǎn)氣井也表現(xiàn)出類似的特征，圖4-d中b7井為干井，其剖面地震響應(yīng)無差異。在圖4-a、b中可見b19、b39井分別在茅口組頂部發(fā)育一套儲(chǔ)層，為明顯弱振幅響應(yīng)特征；在圖4-c中可見b29井分別在茅口組中部發(fā)育一套儲(chǔ)層，為明顯強(qiáng)亮點(diǎn)響應(yīng)特征。

2.3 正演模型分析

圖4 荷包場地區(qū)典型井地震剖面圖

正演模型是以實(shí)際地質(zhì)現(xiàn)象為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出相當(dāng)于地質(zhì)模型的合成地震響應(yīng)[30-32]。在對(duì)茅口組儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，基于實(shí)際地質(zhì)條件以四層水平介質(zhì)模型為初始模型（圖5），從上到下每層分別對(duì)應(yīng)龍?zhí)督M、茅三—茅二段、茅一段和棲霞組，厚度分別為200 m、140 m、60 m 和 200 m，速度分別為 3 200 m/s、6 100 m/s、5 500 m/s和 6 200 m/s，反射界面的阻抗差與實(shí)際地層相近，其中儲(chǔ)層模型為圖5中綠色薄層，位于第二層介質(zhì)，即茅三段—茅二段。鑒于茅口組頂部地層縱波速度很高，可達(dá)6 200 m/s，當(dāng)模型的儲(chǔ)層厚度偏薄時(shí)，會(huì)使其分辨率較低，響應(yīng)特征不明顯。已知該區(qū)實(shí)際單層儲(chǔ)層厚度介于0～15 m，為使合成地震響應(yīng)特征更清晰，設(shè)置儲(chǔ)層的厚度分別為5 m、10 m 和 15 m，距離茅口組頂面距離分別為 0 m、10 m、20 m、30 m、40 m 和 50 m，采用彈性波動(dòng)方程模擬方法，形成地震模擬記錄用于分析總結(jié)巖溶縫洞儲(chǔ)集體的地震響應(yīng)特征。從模型正演結(jié)果（圖5）可以看出，當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育部位距茅口組頂界0～20 m范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)使茅口組頂部的強(qiáng)波峰及其下部的波谷振幅減弱，表現(xiàn)為弱振幅的響應(yīng)特征，儲(chǔ)層越靠近茅口組頂界，振幅衰減越嚴(yán)重，同時(shí)儲(chǔ)層厚度為5 m、10 m、15 m時(shí)振幅減弱特征顯著增強(qiáng)，同時(shí)下部波谷減弱變寬；當(dāng)距茅口組頂界大于20 m范圍內(nèi)發(fā)育儲(chǔ)層時(shí)，儲(chǔ)層發(fā)育位置會(huì)產(chǎn)生條帶狀或眼球狀“強(qiáng)亮點(diǎn)反射”，且當(dāng)儲(chǔ)層厚度從5 m變?yōu)?5 m時(shí)，其反射特征越明顯。正演模擬結(jié)果與實(shí)鉆高產(chǎn)氣井中儲(chǔ)層在地震剖面上的響應(yīng)特征具有較好的一致性。

圖5 茅口組儲(chǔ)層正演模型及模擬結(jié)果圖

3 巖溶儲(chǔ)層地球物理預(yù)測與烴類檢測

儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征揭示振幅屬性對(duì)于荷包場地區(qū)第一儲(chǔ)層段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的預(yù)測有較為顯著的效果，結(jié)合儲(chǔ)層多發(fā)育于距離茅口組頂界20 m范圍內(nèi)的特點(diǎn)，優(yōu)選時(shí)窗，對(duì)多種振幅屬性進(jìn)行了提取、分析，并與實(shí)鉆情況進(jìn)行對(duì)比，最終通過對(duì)原始數(shù)據(jù)體開展振幅指數(shù)變換，對(duì)該區(qū)的儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測，最后結(jié)合該區(qū)的烴類檢測屬性，明確烴類流體聚集有利區(qū)，經(jīng)與實(shí)際鉆井結(jié)果比對(duì)，吻合度好。

3.1 振幅屬性分析

地震屬性種類多而雜，在地質(zhì)情況分析的基礎(chǔ)上，選取恰當(dāng)?shù)牡卣饘傩赃M(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測，能夠達(dá)到事半功倍的效果。地震數(shù)據(jù)振幅的變化是地層巖性變化的直接反應(yīng)，振幅屬性能有效突出地震數(shù)據(jù)振幅差異，能夠清晰地反映出地層的非均質(zhì)特性，可有效識(shí)別斷裂、預(yù)測河道、火山巖、碳酸鹽巖等儲(chǔ)層，預(yù)測有利儲(chǔ)層的分布范圍。通過對(duì)儲(chǔ)層標(biāo)定，荷包場地區(qū)茅口組頂界為連續(xù)強(qiáng)反射界面，距茅口組頂界0～20 m范圍內(nèi)儲(chǔ)層表現(xiàn)為弱振幅的響應(yīng)特征，振幅屬性能在一定程度上反映儲(chǔ)層的存在。但由于該區(qū)地震資料分辨率相對(duì)較低，儲(chǔ)層發(fā)育部位與非儲(chǔ)層發(fā)育部位常規(guī)地震剖面上，茅口組界面處波峰及下部波谷振幅差異小，因此筆者研究探索了振幅變換處理，將振幅“兩級(jí)分化”，得到新的振幅指數(shù)屬性。首先對(duì)原始地震剖面進(jìn)行提高分辨率處理，使茅口組頂部波峰和下部波谷的分辨率得到一定程度的提高，在此基礎(chǔ)上對(duì)提高分辨率處理后的地震剖面進(jìn)行振幅變換，分別實(shí)驗(yàn)了振幅的二次方增強(qiáng)、三次方增強(qiáng)和四次方增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)二次方增強(qiáng)后的地震剖面與提高分辨率后的地震剖面特征差異較?。坏?dāng)進(jìn)行三次方增強(qiáng)后，儲(chǔ)層發(fā)育部位茅口組頂部波峰和下部的波谷弱振幅響應(yīng)特征與非儲(chǔ)層段差異顯著；當(dāng)進(jìn)行四次方增強(qiáng)后，與三次方增強(qiáng)的剖面特征基本相近，對(duì)比分析認(rèn)為通過提高分辨率后的振幅三次方增強(qiáng)手段可有效區(qū)分儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層。變換后使得振幅指數(shù)強(qiáng)的更強(qiáng)，弱的更弱，使原本差異不顯著的振幅變得差異更大，可對(duì)比性更好。與傳統(tǒng)振幅屬性相比，筆者通過對(duì)振幅值進(jìn)行指數(shù)變換，使強(qiáng)振幅和弱振幅的差異進(jìn)一步增大，增強(qiáng)了振幅變化的敏感性，具有更高的縱向分辨率，可用于亮點(diǎn)、暗點(diǎn)的識(shí)別。研究中結(jié)合該區(qū)前述的速度背景，沿茅口組向下5 ms為時(shí)窗大?。淳嗝┛诮M頂界約20 m），進(jìn)行振幅指數(shù)的提取。

圖6為荷包場地區(qū)基于振幅變換后儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)果，黃色區(qū)域代表茅口組頂部弱振幅區(qū)域。經(jīng)過與實(shí)際鉆井茅口組上儲(chǔ)層發(fā)育的單井進(jìn)行對(duì)比，茅口組頂部儲(chǔ)層段產(chǎn)氣的井基本都分布于圖中黃色區(qū)域，即儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，經(jīng)對(duì)比預(yù)測結(jié)果與已鉆井情況吻合好，吻合率可達(dá)80%。

圖6 荷包場地區(qū)茅口組頂部振幅變換法儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)果圖

3.2 烴類檢測分析

在儲(chǔ)層預(yù)測的基礎(chǔ)上，為了最大限度地聚焦烴類富集區(qū)，降低區(qū)帶及目標(biāo)優(yōu)選風(fēng)險(xiǎn)，筆者對(duì)本區(qū)進(jìn)行了烴類檢測。近年來理論研究與實(shí)踐證實(shí)，當(dāng)?shù)卣鹩涗浗?jīng)過含油氣的地層時(shí)，地震記錄的低頻能量會(huì)相對(duì)增強(qiáng)、高頻能量相對(duì)減弱，稱其為“低頻共振、高頻衰減”，能夠靈敏地反映油氣的存在，提高儲(chǔ)層預(yù)測的精度[32]。選取區(qū)內(nèi)b39、b38、b28、b45等典型的氣井和干井b7井進(jìn)行頻譜分析（圖7），發(fā)現(xiàn)氣井和干井的頻譜差異非常明顯，氣井在低頻段能量較干井明顯增強(qiáng)，而高頻段氣井的能量較干井降低。因此能夠有效地進(jìn)行烴類預(yù)測，得到的烴類檢測平面圖如圖8所示。紅色—黃色區(qū)域表示了含烴流體發(fā)育部位，即油氣富集區(qū)。通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)31口井的茅口組測試情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，25口井與預(yù)測情況相符，吻合率為81%。

圖7 荷包場地區(qū)茅口組典型井頻譜分析圖

3.3 預(yù)測結(jié)果分析

將儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)果與烴類檢測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，二者具有較好的一致性。純預(yù)測結(jié)果顯示，儲(chǔ)層除沿著斷裂發(fā)育帶分布以外，在遠(yuǎn)離斷裂區(qū)發(fā)育3個(gè)呈“面狀”展布的發(fā)育區(qū)帶（圖6），包④號(hào)斷層以西發(fā)育兩個(gè)區(qū)帶，包③號(hào)斷層以東發(fā)育一個(gè)區(qū)帶，3個(gè)區(qū)帶的面積分別為 18 km2、29 km2和 32 km2，表明構(gòu)造高部位與斷裂疊合區(qū)外也可以尋找?guī)r溶儲(chǔ)層目標(biāo)。截至2019年4月15日，根據(jù)該研究結(jié)果在東部儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)部署實(shí)施的hb1井已鉆至井深3 399 m（茅口組頂部），正在進(jìn)行固井施工工作。

4 結(jié)論

1）荷包場地區(qū)茅口組儲(chǔ)層縱向上具有分層性，發(fā)育兩個(gè)深度段的儲(chǔ)層，第一深度段儲(chǔ)層段主要發(fā)育于距茅口組頂界0～50 m范圍內(nèi)，儲(chǔ)層發(fā)育相對(duì)集中，層多、厚度小，以孔隙—孔洞型儲(chǔ)層為主；第二深度段主要發(fā)育在距離茅口組頂界50～100 m范圍內(nèi)，儲(chǔ)層不發(fā)育，層少且分散，以裂縫—孔洞型儲(chǔ)層為主。高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)井儲(chǔ)層以第一深度儲(chǔ)層段為主，主要發(fā)育在距離茅口組頂部20 m以內(nèi)。

2）典型井儲(chǔ)層響應(yīng)分析及正演模型揭示，當(dāng)距茅口組頂界0～20 m內(nèi)有儲(chǔ)層發(fā)育時(shí)，地震剖面上表現(xiàn)出茅口組頂部的強(qiáng)波峰及緊鄰波谷振幅減弱的響應(yīng)特征；當(dāng)距茅口組頂界大于20 m時(shí)有儲(chǔ)層發(fā)育時(shí)，儲(chǔ)層在地震剖面上表現(xiàn)出條帶狀或眼球狀中—強(qiáng)波谷反射。

3）探索振幅變換形成的振幅指數(shù)新屬性開展荷包場地區(qū)的巖溶儲(chǔ)層預(yù)測，吻合率高達(dá)80%。

4）儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)合烴類檢測，在荷包場地區(qū)西北部和東北部評(píng)價(jià)3個(gè)有利區(qū)帶，已部署實(shí)施hb1井。